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      燒結煙氣脫硫脫硝工藝的比較

      發(fā)布時(shí)間:2021-01-17人氣:141

      鋼鐵生產(chǎn)在國民經(jīng)濟中具有重要作用,同時(shí)污染也較為嚴重。為了降低鋼鐵行業(yè)的污染物排放水平,生態(tài)環(huán)境部等五部門(mén)于 2019 年 4 月聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見(jiàn)》(環(huán)大氣[2019]35 號),在全國范圍內推動(dòng)鋼鐵行業(yè)超低排放改造。鋼鐵行業(yè)是 SO2和 NOx的排放大戶(hù),而燒結機頭煙氣是 SO2和 NOx的主要排放源。鋼鐵行業(yè)的超低排放要求燒結煙氣 SO2和 NOx的排放質(zhì)量濃度小時(shí)均值不高于 35 mg/m3和 50 mg/m3。因此,鋼鐵企業(yè)燒結煙氣為滿(mǎn)足達標排放的要求,必須采取脫硫脫硝措施。
      1 我國燒結煙氣脫硫脫硝現狀
      目前,我國燒結煙氣采取脫硫措施較為普遍,大部分燒結機均采取了脫硫措施。已投運的燒結煙氣脫硫方法主要有干法脫硫(活性焦吸附)、半干法脫硫以及濕法脫硫。濕法脫硫按照脫硫劑的不同,又可以分為石灰石石膏法、氧化鎂法、氨法等。根據原環(huán)保部統計的結果,主要以濕法為主,約占87%。相比脫硫,國內燒結機頭煙氣脫硝起步較晚。脫硝主要采取的方法為活性焦吸附法和選擇性催化還原法(SCR)。太鋼450m2燒結機活性焦脫硫脫硝為國內首套采用活性焦脫硫脫硝的裝置。SCR脫硝在電廠(chǎng)煙氣脫硝應用廣泛,而在燒結機頭煙氣脫硝應用較少,屬于起步階段。據報道,國內首套燒結煙氣SCR脫硝裝置于2018年11月在唐山瑞豐鋼鐵成功投運。目前,有部分鋼鐵企業(yè)在燒結煙氣環(huán)保改造中采用SCR脫硝工藝。
      2 燒結煙氣主要的脫硫脫硝工藝
      目前,燒結煙氣治理的工藝主要有活性焦脫硫脫硝工藝、半干法脫硫+SCR脫硝工藝、濕法脫硫+SCR脫硝工藝。脫硫脫硝方法的比較主要應根據項目特點(diǎn)、占地面積、煙氣條件、處理成本等各方面綜合考慮,選取合適的處理工藝。
      2.1 活性焦一體化脫硫脫硝工藝
      活性焦吸附法脫硫的原理是利用活性焦的吸附性能,低溫時(shí)將煙氣中的SO2進(jìn)行吸附,吸附飽和后的活性焦由物料輸送系統送至解吸系統,在高溫加熱的條件下降吸附的SO2解吸出來(lái),解吸出來(lái)的 SO2送往副產(chǎn)品回收裝置生產(chǎn)濃硫酸(98%);再生后的活性焦經(jīng)冷卻篩分后送回吸收塔循環(huán)使用。
      活性焦脫硝的原理是由于活性焦具有催化活性,在一定的溫度條件下,向煙氣中噴入氨水,氨和NOx在活性焦的催化作用下發(fā)生選擇性催化還原反應,生成氮氣和水。
      活性焦脫硫脫硝工藝一般含有煙氣收集、噴氨、污染物吸附、活性焦再生、活性焦循環(huán)和輸送、硫酸制備等幾個(gè)主要生產(chǎn)系統。
      2.2 循環(huán)流化床半干法脫硫 +SCR脫硝組合工藝
      循環(huán)流化床煙氣脫硫凈化技術(shù)工藝流程:含SO2的廢氣進(jìn)行反應器,反應器內布置脫硫劑,煙氣中的SO2與脫硫劑發(fā)生反應,由于煙氣的反應器中流速較快,反應器中形成湍流狀態(tài),使得煙氣和脫硫劑之間的接觸面積很大,反應完全,SO2被吸收。在反應塔中完成化學(xué)反應后,水分被蒸發(fā),煙氣中夾雜大量脫硫固廢,一般在最后利用布袋除塵器將氣固分離。由于反應器中保持適當的溫度,并在物料紊流作用下,因此反應器中表面可保持潔凈,無(wú)沉積物。
      循環(huán)流化床脫硫工藝一般含有脫硫劑制備、進(jìn)料、煙氣凈化等幾個(gè)主要生產(chǎn)系統。
      煙氣脫硫后的溫度為 80℃左右,經(jīng)過(guò)GGH換熱,將煙氣溫度升高至160~300℃,進(jìn)入SCR反應器進(jìn)行脫硝。SCR 法是在300℃左右、含氧氣氛下,以 NH3作還原劑、V2O5-TiO2-WO3體系為催化劑來(lái)消除尾氣中 NOx。主要化學(xué)反應為:
      4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O(1)
      6NO2+8NH3→7N2+12H2O (2)
      煙氣中的NOx主要由NO和NO2組成,其中NO約占NOx總量的 95%,NO2占 NOx總量的5%,式(1)是脫硝的主要反應方程式,且脫硝反應中需要 O2參與反應。
      2.3 濕法脫硫 +SCR 脫硝組合工藝
      濕法脫硫是目前燒結煙氣應用最廣泛的工藝,按照脫硫介質(zhì)的不同,分為氧化鎂法、石灰石-石膏法、氨法等。其工藝類(lèi)似,只是脫硫劑不同。下面以最常見(jiàn)的石灰石-石膏法為例,介紹濕法脫硫工藝原理。石灰石-石膏法以石灰石作為脫硫吸收劑,石灰石首先經(jīng)過(guò)破碎粉磨系統形成粉狀后,與水攪拌混合形成吸收漿液。在吸收塔中,煙氣中底部進(jìn)入,頂部噴石灰石漿液,煙氣中的 SO2與碳酸鈣發(fā)生反應,并被鼓入的空氣氧化,最終生成反應物石膏。吸收塔一般分層設置,目前常采用三層噴淋,以提高脫硫效率。石灰石-石膏法脫硫工藝一般含煙氣收集、石灰石漿液制備、吸收、石膏處理等幾個(gè)主要生產(chǎn)系統。濕法脫硫+SCR 脫硝組合工藝中脫硝原理與前述 SCR 脫硝原理一致,這里不再贅述。
      3 各種脫硫脫硝工藝優(yōu)缺點(diǎn)比較
      3.1 活性焦一體化脫硫脫硝工藝
      1)該工藝脫硫效率高,同時(shí)具有除塵效果,由于不加入其他輔助原料,因此無(wú)其他廢水、廢渣的產(chǎn)生,不造成二次污染。
      2)由于活性焦良好的吸附性能,可協(xié)同處置氟化物、二噁英等其他污染物。利用活性焦的過(guò)濾集塵功能和吸附性能,使煙氣中附著(zhù)于煙塵上的二噁英、氟化物以及其他污染物質(zhì)在吸附塔內被活性焦的過(guò)濾集塵功能捕集,而氣態(tài)的二噁英等污染物被吸附。由于活性焦在解吸過(guò)程中需要被加熱到400℃以上,二噁英在苯環(huán)間的氧基在活性焦催化作用下被裂解,使得煙氣中的二噁英被去除。
      3)燒結生產(chǎn)過(guò)程中由于工況不同、原料的不同會(huì )導致煙氣量、溫度以及SO2體積分數波動(dòng)較大,而活性焦脫硫脫硝工藝對煙氣的變化具有較強的適應性。
      4)資源回收?;钚越雇ㄟ^(guò)再生系統,可將吸附的SO2析出,送制酸系統制成濃硫酸,實(shí)現資源的回收利用。
      5)該工藝對燒結生產(chǎn)系統影響較小,且脫硝反應溫度在 130℃左右,因此不需要對燒結煙氣進(jìn)行加熱。燒結煙氣中含有大量SO2等酸性氣體,對設備的腐蝕要求較高,活性焦吸附系統抗腐蝕能力較強,因此系統運行穩定。
      6)活性焦脫硫脫硝系統一次性投資較高,且由于需要不斷補充活性焦,運行成本較高。
      3.2 循環(huán)流化床半干法脫硫+SCR脫硝組合工藝
      循環(huán)流化床半干法脫硫+SCR脫硝組合工藝具有以下特點(diǎn):
      1)煙氣循環(huán)流化床法脫硫效率高,對含SO2體積分數較高的煙氣也有很好的脫硫效果。
      2)采用石灰為脫硫劑,分布廣泛,且脫硫劑消耗量小。
      3)一次性投資成本較低,且運行費用較低。
      4)SCR 法在運行一段時(shí)間后,催化劑需要更換,更換的廢催化劑為危險固廢,應加強管理。
      3.3 濕法脫硫 +SCR 脫硝組合工藝
      濕法脫硫+SCR 脫硝組合工藝具有以下特點(diǎn):
      1)濕法脫硫應用廣泛,工藝成熟。
      2)一次性投資成本較低,且運行費用較低。
      3)若采用石灰石-石膏法,后續石膏產(chǎn)生量較大,會(huì )帶來(lái)后續石膏綜合利用問(wèn)題。
      4)濕法脫硫后的煙氣會(huì )再煙囪口形成霧狀水汽,稱(chēng)為白色煙羽,攜帶有SO2、SO3、CaSO4、Cl-等污染物,目前已經(jīng)有許多地區要求濕法脫硫后的煙氣采取“消白”措施,需要增加建設成本和運行成本,并增加能耗。
      5)濕法脫硫運行過(guò)程中對設備的腐蝕較大,建設過(guò)程中應做好脫硫塔的防腐,運行過(guò)程中應加強檢修,保證系統穩定運行。
      4 結論
      1)目前我國的燒結煙氣治理以脫硫為主,技術(shù)成熟。而脫硝處于起步和推廣階段,隨著(zhù)國家對鋼鐵行業(yè)的超低排放要求的實(shí)施,燒結煙氣脫硝將得以迅速發(fā)展。
      2)鋼鐵企業(yè)應根據自身條件及所在地區的環(huán)保要求,選擇合適的煙氣治理工藝。如新建燒結機,可采用活性焦一體化脫硫脫硝工藝或濕法/半干法脫硫+SCR 脫硝工藝。如在現有脫硫系統的基礎上進(jìn)行環(huán)保提標改造,可優(yōu)化現有的脫硫系統,增加 SCR脫硝工藝系統。
      3)采用半干法/濕法脫硫脫硝工藝會(huì )產(chǎn)生大量的脫硫副產(chǎn)物,并產(chǎn)生危險廢物廢催化劑,應采取合理的綜合利用途徑或處置措施,避免造成二次污染。

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